第2 章 CMOS 工艺中的器件结构 1. 引言 本章是为非“电科”专业学生而写。在“设计与制造分离”的背景下，集成电路设计者是在厂家提供的“开发套件”（PDK）的基础上工作的，不需要从物理学开始学习器件的实现机理和制造细节。但为了学习版图设计，需要了解典型器件的结构。目前常见的集成电路工艺有以下几种：标准 CMOS，也称逻辑 CMOS工艺，是最基本的一种，一般只提供 NMOS 管和 PMOS 管两种晶体管和少量的电阻、电容等器件，主要用于实现纯粹的数字电路。混合信号 CMOS 工艺稍复杂一些，除基本MOS 管外，至少还有一种衬底接地的PNP 型晶体管和质量较高的电阻和电容。混合信号 CMOS 工艺可以实现基于 CMOS 技术的模拟电路。BiCMOS 工艺比混合信号 CMOS 工艺还要复杂，其特征是支持垂直结构的NPN管和横向 PNP 管。BCD 工艺更为复杂，除上述器件外，还要支持若干种高压DMOS 管。以下简单介绍常见器件的物理结构，以便理解其版图设计方法和设计规则。 2.集成电路工艺简介 集成电路的制造过程与印刷技术比较相似，是一层一层地反复进行的，每次都是挡住一部分，处理另一部分。每次处理之前，一般先生成一个绝缘的氧化层，使下面的东西与外界隔离。如果需要处理某些局部区域，就在该区域“刻掉”氧化层。实现的方法是首先在氧化层上涂一层光刻胶，在利用“掩摸板”进行有选择地光照。如果使用的是“正胶”，被光着过的部分在显影后被去掉了，下面的氧化层就暴露出来。这时再用酸“刻蚀”掉氧化层，就能对下面的区域进行处理了。没有被光照的部分，由于有光刻胶保护，氧化层不会被刻掉，下面的区域就与后续处理无关。对于集成电路设计者来说，不必关心到底该用什么“胶”，什么酸，刻蚀多长时间等技术细节问题，只要知道这种过程，并且知道每次处理都需要一个“掩摸板”就行。一个设计最终就是一套“掩模板”（也称为光刻板、光罩等）。“掩摸板”是根据版图生成的，而版图是一种计算机文件。版图与“掩摸板”不完全等价，但具体如何生成也与设计者无关，设计者的任务就是提供版图。图 1 是CMOS 工艺中“阱”的制造过程。 2. CMOS工艺中的一些重要概念 （1） “阱”的概念 CMOS工艺中需要同时制作两种晶体管，即 NMOS管和 PMOS管。NMOS管以 P 型硅为“体”，PMOS 管以 N 型硅为“体”，要在一个硅片上制造两种晶体管，就必须使某些局部的类型与硅片本身类型相反。这些“反类型区域”就是“阱”。CMOS工艺...
